CN109560827A - Vhf波段dmb微型移频直放站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种VHF波段DMB微型移频直放站，属于移动通信技术领域。该移频直放站由信号输入接口、滤波器、锁相环、恒温晶振、微控制器、混频器和放大器组成；信号输入接口直接或通过耦合器连接DMB发射机或连接DMB接收天线；滤波器在接收端连接输入信号接口，在混频器输出端接滤波器；混频器的RF口与和输入信号接口相连的滤波器连接，LO口与锁相环相连，对输入信号进行混频；微控制器与锁相环相接，控制锁相环产生不同频率的信号；放大器与和混频器相连的滤波器连接，对移频产生的信号进行放大。本发明解决了DMB系统在特定区域内信号无缝覆盖的问题，同时提升了集成度，从而降低功耗、体积和成本，以及维修难度。

Description

VHF波段DMB微型移频直放站

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种VHF波段DMB微型移频直放站。

背景技术

为了在一个区域内建立起无缝隙覆盖的网络，需要建设一定数量的基站，而建设基站需要大量的投入、建设和维护等，鉴于此，直放站成为覆盖基站夹缝地区和范围不大、信号较弱地区的首选。但是在实际应用中，同频直放站已出现了使覆盖地区通话质量下降、对施主基站的干扰问题，移频直放站也由于造价几乎是同频直放站的两倍而很少在实际中应用。目前虽然各国学者基于同频直放站的自激干扰问题进行了大量研究，试图通过采用多径回波抵消等方式改善同频直放站性能，虽然在一定程度上减弱了干扰问题，却大大增加了直放站系统的复杂性，增加了系统延时，没有从根本上解决自激干扰问题。

目前在移动通信所在波段直放站的研究已经趋于成熟，但是DMB(数字多媒体广播)所在的VHF波段的直放站技术大都仿照移动通信技术，而没有结合DMB频段本身的特点进行研究改进，适用于DMB的直放站技术的研究仍处于初级阶段。另外，为了解决当前高层乒乓球效应明显、入户解决覆盖实施困难以及小面积热点区域覆盖要求问题，直放站向着结构简单、方便灵活的微型直放站发展，这种微型直放站在实现无线小信号覆盖时更加实用。

目前主要的直放站类型有：同频直放站、移频直放站和光纤直放站。国内现有的直放站以同频直放站和光纤直放站为主，并且主要针对移动通信领域设计。目前主要存在的直放站为CDMA直放站，其造价昂贵，体积大，容易产生自激干扰，且只适用于移动通讯领域，在DMB波段(VHF波段)不适用。

(1)同频直放站是将有用的信号经放大器放大，转发时不改变信号的频率，虽然构造简单，但是自激现象的存在限制了它的使用，所以在实际应用中要综合考虑同频直放站的增益，以及天线的位置、增益、隔离度和方向等因素的影响。这也使得在施工过程中的人力和物力成本提高，且不能达到最好的放大效果，尤其是在一些较开阔的地区需要人为设置遮挡物使得工程的难度大大提高，或者难以实现。但是移频直放站不存在自激现象，完全可以避免同频直放站所存在的问题。

(2)传统的移频直放站，通常由两套设备组成，其基本特点是：第一套设备将接收到的信号频谱搬移到另外的频点，再转发给第二套设备；第二套设备将信号还原到原始频点再转发出去，实现信号的转发功能。这种结构因为收发频率不同，能够减少自激现象，但是这种方式结构复杂，需要两台设备实现覆盖。

(3)光纤直放站的原理是在信号较好区域将收到的射频信号转换为光信号，通过光纤传送到信号较差地区，将光信号还原为射频信号发送出去。光纤直放站的光电转换设备以及光纤造价昂贵，且相对于无线有线设备的施工更为困难，线路更容易损坏，造成后期维护的困难。

无论是同频还是移频的直放站，他们都共同存在体积庞大的问题，这使得搬运、施工和测试维护变得十分困难，且造价成本高，不能满足直放站小型化趋势的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种VHF波段DMB微型移频直放站，(1)用于解决DMB系统在特定区域内信号无缝覆盖的问题；(2)通过利用混频芯片、锁相环芯片、小封装的DMB带通滤波器减小电路面积，从而解决传统的移动通信直放站不适用DMB系统，且存在体积大，造价高，安装维护难的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种VHF波段DMB微型移频直放站，DMB信号经SMA接口传入带通滤波器与混频芯片的RF信号接入口相连，锁相环芯片使用恒温晶振经过微控制器控制产生本振信号，并接入混频芯片的LO口，混频芯片输出移频后的DMB信号再经过滤波放大转发出去。该DMB微型移频直放站由信号输入接口、滤波器、锁相环、恒温晶振、微控制器、混频器和放大器组成；

所述信号输入接口直接或通过耦合器连接DMB发射机(当DMB广播发射信号的场强大于5dBm时需接耦合器)或连接DMB接收天线，用于接收DMB广播发射信号。

所述滤波器用于两个地方：(1)在接收端连接输入信号接口，滤除DMB广播发射信号中的干扰；(2)在混频器输出端接滤波器，用于滤除混频过程中产生的的杂波干扰；传统移频直放站使用腔体滤波器或者其他种类的整滤波器件，集成度低，体积大，成本高，本发明使用贴片滤波器，集成到电路图中，可大幅减小直放站体积，成本也大大降低；

所述锁相环与混频器的LO口连接，产生本振信号；传统直放站使用锁相环电路，版图面积较大，本发明所使用的锁相环芯片可将压控振荡器、鉴相器和滤波器电路集成在芯片内部，大大减小了电路面积。且锁相环芯片产生信号可调，使得在实际应用中更加灵活多变。锁相环的参考信号使用高精度的温补晶振，保证产生的频率精确无误。

所述混频器的RF口与和输入信号接口相连的滤波器连接，LO口与锁相环相连，对输入信号进行混频，产生一个新的信号，实现移频功能；本发明使用混频芯片代替传统的混频器电路，不仅提高了可靠性，还提高了电路的集成度。

所述微控制器与锁相环相接，控制锁相环产生不同频率的信号；

所述放大器与和混频器相连的滤波器连接，对移频产生的信号进行放大。由于DMB的传播范围需求并没有移动通信那么大，所以可以采用低功耗的放大器电路进行信号的放大，不仅缩小了电路面积，也降低了功耗。

进一步，所述滤波器采用贴片滤波器或LC无源滤波器。

进一步，所述锁相环采用锁相环芯片。

进一步，所述混频器采用混频芯片。

进一步，所述微控制器通过I2C协议对锁相环芯片的寄存器进行操作，以控制锁相环产生不同频率的信号。

进一步，所述微控制器微通过与DATA串行数据端口相连，通过编程对芯片内部的数据寄存器(DATA REGISTER)进行操作，设置INT、FRAC、MOD以及R分频器的值，以产生间隔为PFD频率的分数的输出频率；

电压控制振荡器VCO输出频率的计算公式为：

RF_OUT＝f_PFD×(INT+(FRAC/MOD))

其中，RF_OUT是电压控制振荡器VCO的输出频率，f_PFD是PFD频率，INT是二进制16位计数器的预设分频比，FRAC是小数分频因子，MOD是预设的小数模数。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明所述的DMB微型移频直放站选用的是移频转发技术，可以有效避免同频直放站因为自激而衍生的一系列问题，有效解决DMB系统在实际应用中信号盲区覆盖的问题。

(2)本发明结合DMB广播频点可灵活运用的特点，只使用一台设备对基站信号进行移频转发，只需在接收终端选择相应的频点接收即可；使用芯片来代替传统的电路实现，大大提升了集成度，功耗与成本也大大降低。体积的减小使得直放站的安装更加灵活方便，甚至可以入户安装。解决了传统直放站不适用DMB频段，且存在施工困难，设备昂贵，维护成本高的问题。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为DMB微型直放站示意图；

图2为DMB直放站PCB板图；

图3为ADF4351功能框图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，本发明所述的VHF波段DMB微型移频直放站，该DMB微型移频直放站由信号输入接口、滤波器、锁相环、恒温晶振、微控制器、混频器和放大器组成；

信号输入接口直接或通过耦合器连接DMB发射机(当DMB广播发射信号的场强大于5dBm时需接耦合器)或连接DMB接收天线，用于接收DMB广播发射信号。其中，输入信号接口既可以是SMA，也可以是其他射频信号测量接口，如BNC、N型接头等；

滤波器：用于两个地方：(1)在接收端连接输入信号接口，滤除DMB广播发射信号中的干扰；(2)在混频器输出端接滤波器，用于滤除混频过程中产生的的杂波干扰。传统移频直放站使用腔体滤波器或者其他种类的整滤波器件，集成度低，体积大，成本高，本发明使用贴片滤波器，集成到电路图中，可大幅减小直放站体积，成本也大大降低。滤波器也可以选择LC无源滤波器电路或者其他有类似功能的带通滤波器。

锁相环：与混频器的LO相连，产生本振信号。传统直放站使用锁相环电路，版图面积较大，本发明所使用的锁相环芯片可将压控振荡器、鉴相器和滤波器电路集成在芯片内部，大大减小了电路面积。且锁相环芯片产生信号可调，使得在实际应用中更加灵活多变。锁相环的参考信号使用高精度的温补晶振，保证产生的频率精确无误。

混频器：RF口与和输入口相连的滤波器相接，LO口与锁相环相连，对输入信号进行混频，产生一个新的信号，实现移频功能。本发明使用混频芯片代替传统的混频器电路，不仅提高了可靠性，还提高了电路的集成度。

微控制器：与锁相环相接，通过I2C协议可以对锁相环芯片的寄存器进行操作，以控制锁相环产生不同频率的信号。微控制器也可以选择其他带有I2C接口的单片机；

放大器：混频器输出的信号经滤波器后与放大器相接，对移频产生的信号进行放大。由于DMB的传播范围需求并没有移动通信那么大，所以可以采用低功耗的放大器电路进行信号的放大，不仅缩小了电路面积，也降低了功耗。

DMB信号经SMA接口传入带通滤波器与混频芯片的RF信号接入口相连，锁相环芯片使用恒温晶振经过微控制器控制产生本振信号，并接入混频芯片的LO口，混频芯片输出移频后的DMB信号再经过滤波放大转发出去。

如图2所示，本实施例提供一种VHF波段DMB微型移频直放站，信号输入接口采用标准型SMA接口；滤波器在接收端采用贴片滤波器LFB32205，发射端采用贴片滤波器SF2223D；混频器采用AD831芯片；锁相环采用ADF4351芯片，晶振选用texo的24.576MHZ恒温晶振；微控制器采用STM32F103RCT6芯片；放大器采用低噪声放大器电路，增益可达40dB以上。

如图3所示，ADF4351芯片中，微控制器的引脚(I2C引脚)可以通过与DATA串行数据端口相连，通过编程对芯片内部的数据寄存器(DATAREGISTER)进行操作，设置INT、FRAC、MOD以及R分频器的值，以产生不同频率的输出信号。故在使用的过程中可通过微控制器的编程实现对移频直放站产生频率的控制，使得在使用中根据不同的需求移频输出不同频率的信号。

频率合成器频率可编程，使得系统产生频率可调。利用INT、FRAC、和MOD的值以及R分频器，可以产生间隔为PFD频率的分数的输出频率。RF VCO频率(RF_OUT)公式为：

RF_OUT＝f_PFD×(INT+(FRAC/MOD))

其中，RF_OUT是电压控制振荡器VCO的输出频率，f_PFD是PFD频率，INT是二进制16位计数器的预设分频比，FRAC是小数分频因子，MOD是预设的小数模数。

本发明能有效解决DMB系统在实际应用中信号盲区覆盖的问题，主要解决了传统直放站不适用DMB频段，且存在施工困难，设备昂贵，维护成本高的问题。移频产生的信号频率在170MHZ-240MHZ内可调，成本低廉，安装灵活方便。本发明因其体积小的优点，甚至可以入户安装，且同一区域内多台设备之间不产生干扰，可在信号薄弱地区安装多台设备以保证信号真正的无缝覆盖。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.VHF波段DMB微型移频直放站，其特征在于，由信号输入接口、滤波器、锁相环、恒温晶振、微控制器、混频器和放大器组成；

所述信号输入接口直接或通过耦合器连接DMB发射机或连接DMB接收天线，用于接收DMB广播发射信号；

所述滤波器用于两个地方：(1)在接收端连接输入信号接口，滤除DMB广播发射信号中的干扰；(2)在混频器输出端接滤波器，用于滤除混频过程中产生的的杂波干扰；

所述锁相环与混频器的LO口连接，产生本振信号；

所述混频器的RF口与和输入信号接口相连的滤波器连接，LO口与锁相环相连，对输入信号进行混频，产生一个新的信号，实现移频功能；

所述微控制器与锁相环相接，控制锁相环产生不同频率的信号；

所述放大器与和混频器相连的滤波器连接，对移频产生的信号进行放大。

2.根据权利要求1中所述的VHF波段DMB微型移频直放站，其特征在于，所述滤波器采用贴片滤波器或LC无源滤波器。

3.根据权利要求1中所述的VHF波段DMB微型移频直放站，其特征在于，所述锁相环采用锁相环芯片。

4.根据权利要求1中所述的VHF波段DMB微型移频直放站，其特征在于，所述混频器采用混频芯片。

5.根据权利要求3中所述的VHF波段DMB微型移频直放站，其特征在于，所述微控制器通过I2C协议对锁相环芯片的寄存器进行操作，以控制锁相环产生不同频率的信号。

6.根据权利要求5中所述的VHF波段DMB微型移频直放站，其特征在于，所述微控制器微通过与DATA串行数据端口相连，通过编程对芯片内部的数据寄存器进行操作，设置INT、FRAC、MOD以及R分频器的值，以产生间隔为PFD频率的分数的输出频率；

电压控制振荡器VCO输出频率的计算公式为：

RF_OUT＝f_PFD×(INT+(FRAC/MOD))

其中，RF_OUT是电压控制振荡器VCO的输出频率，f_PFD是PFD频率，INT是二进制16位计数器的预设分频比，FRAC是小数分频因子，MOD是预设的小数模数。